PAGE27新能源汽車充電系統(tǒng)研究前言隨著越來越多的內(nèi)燃機汽車被制造出來，不可避免的出現(xiàn)了排放過多，汽車尾氣已經(jīng)開始影響了世界冷暖的情況。我們的地球自我循環(huán)的能力似乎已經(jīng)滿足不了人類的需求，所以有了新能源車的出現(xiàn)。從2017年下半年開始，世界很多國家紛紛對停止銷售燃油車這件事表態(tài)了，各自公布了禁售燃油車時間表，如荷蘭在2025年禁售傳統(tǒng)燃油車；德國在2030年禁售傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車；印度在2030年禁售傳統(tǒng)燃油車;我國也將在2035年左右禁售燃油車，到2050年將全面停止使用燃油車。近年來新能源汽車在國家的大力支持下高速發(fā)展，當(dāng)前新能源汽車主要以插電式混合動力和純電動汽車為主，這兩種新能源汽車都需要進行充電，本文主要對目前國家采用的交流和直流充電技術(shù)，從充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、充電模式和充電方法、充電站布局等幾個方面進行介紹。1充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成對于純電動汽車和插電式混合動力汽車，高電壓蓄電池充電系統(tǒng)是不可缺少的子系統(tǒng)之一，其功能是將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為車載高電壓蓄電池的電能，當(dāng)高電壓蓄電池充滿后自動停止充電。高電壓蓄電池充電系統(tǒng)主要由充電器、充電設(shè)備和車載充電接口三部分組成。充電器充電器是指將電網(wǎng)提供的交直流電能轉(zhuǎn)化為車載高電壓蓄電池所需的直流電能的裝置。純電動汽車和插電式混合動力汽車充電器分為車載充電器（安裝在車內(nèi)）和非車載充電器（安裝在充電樁內(nèi)）兩種。車載充電器是指將AC/DC整流器安裝在插電式混合動力或純電動汽車上，采用地面交流電網(wǎng)或車載電源對高電壓蓄電池組進行充電的裝置，如圖1所示。車載充電器負(fù)責(zé)與交流電網(wǎng)建立連接并滿足車輛充電電氣安全要求。此外還通過控制導(dǎo)線與車輛建立通信。這樣可以安全啟動充電過程并在車輛與車載充電器之間交換充電參數(shù)（例如最大電流強度）。（圖1：車載充電器）1.2．充電設(shè)備充電設(shè)備是指為滿足純電動汽車或插電式混合動力汽車充電而配備的戶外使用型供電設(shè)備，可固定在停車場、廣場及其他便于新能源汽車停靠的地點。充電設(shè)備給純電動汽車或插電式混合動力汽車提供單相或三相交流電源，使用標(biāo)準(zhǔn)非接觸式智能卡控制充電開始和結(jié)束，并提供過壓、欠壓、過流、過溫、防雷等系統(tǒng)保護功能。1.2.1移動充電包

所謂的移動充電包，就是一條充電線，任何有普通電源插口的地方都可以充電，體積和重量均較小，所以使用非常方便，如圖2所示?？蓪⒁苿映潆姲旁诎l(fā)動機室蓋下方的移動充電包盒內(nèi)或者后備箱內(nèi)。由于使用普通家用插座將移動充電包連接到交流電壓網(wǎng)絡(luò)上，因此限制了最大充電電流強度。在我國針對該交流電壓網(wǎng)絡(luò)提供的相關(guān)產(chǎn)品型號可使用最大16A電流強度或最大3.7kW充電功率，屬于車載慢充系統(tǒng)，根據(jù)不同容量的蓄電池，對于完全放電的插電式混合動力與純電動汽車高電壓蓄電池重新充滿電大約需要持續(xù)7小時以上,對于蓄電池容量較大的電動車，實際充電持續(xù)時間可能更長。需要注意的是使用家用插座為新能源汽車充電時，也需要考慮插座及線路的承受能力，如果采用一些偽劣產(chǎn)品的插座，也可能導(dǎo)致充電插座燒毀、線路燒熔等安全隱患。（圖2：移動充電包）

1.2.2固定充電樁插電式混合動力與純電動汽車供電設(shè)備型號根據(jù)其尺寸和電氣要求必須以固定方式安裝，例如客戶屋內(nèi)或車庫內(nèi)；在公共場所例如停車場也可以設(shè)立這種充電樁。固定安裝式充電樁設(shè)備（又稱為“充電樁”）分為交流電充電樁和直流電充電樁。交流電充電樁可通過二相或三相方式將交流電充電樁連接至交流電壓網(wǎng)絡(luò)，但始終通過單相方式與新能源汽車充電接口進行連接。在我國，固定安裝式交流電充電樁包括落地式和掛壁式兩種，如圖3所示。與移動充電包不同，在此最大電流強度可為32A，最大充電功率可為7.4kW。這些最大值由電氣安裝所用導(dǎo)線橫截面大小所決定。進行安裝時，電氣專業(yè)人員根據(jù)導(dǎo)線橫截面進行充電樁配置，從而確?？赏ㄟ^控制信號將相應(yīng)最大電流強度傳輸至車輛。（圖3：落地式充電樁、壁掛式充電樁）直流電充電樁是固定安裝式充電樁的另一種形式。與交流電充電樁不同，在直流電充電樁內(nèi)已將交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓。因此在新能源汽車上無需通過車載充電器將交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓。直流電充電樁通?？商峁┻h(yuǎn)高于交流電充電樁的充電功率。因此通過直流電充電樁可更加迅速地為高電壓蓄電池充電。1.3車載充電接口插電式混合動力與純電動汽車車載充電可分為快充和慢充，為了保證充電迅速高效，使用特定的充電接口進行充電，像在傳統(tǒng)車輛上必須打開燃油箱蓋一樣，按壓充電接口蓋或操作遙控鑰匙開鎖按鈕從而使充電接口蓋開鎖。此外，充電時需要保證整車防水密封性要求，通過另一個端蓋防止充電接口受潮和弄臟，如圖4所示。并且要保證車載充電接口能夠承受瞬時大電流的充電過程。（圖4：車載充電接口）2充電模式制約純電動汽車普及發(fā)展的主要因素為續(xù)航里程短、充電時間長、購買價格昂貴等因素。依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61851-1中規(guī)定的電動汽車不同的充電模式（見表一)，以下是幾種常見的充電模式。充電類型充電模式額定電壓電流與車輛通信充電插頭連接充交流充電電摸式1220VAC/16A無插座電摸式2220VAC/8-16A通過充電電纜的模塊插座電摸式3220VAC/16-63A通過充電站內(nèi)的模塊交流串電樁直流充電電摸式4380VAC/30-300A通過充電站內(nèi)的模塊非車載充電機表一：電動汽車不同的充電模式充電模式1—由于家用充電插座內(nèi)不帶控制導(dǎo)線和接近導(dǎo)線，充電模式1無法與車輛建立通信，充電時無法限制和確認(rèn)最大電流強度，所以大部分廠家都不采用。充電模式2—這是一種通過控制導(dǎo)線將家用電源與車輛建立連接與通信的充電模式。相比充電模式1增加了充電電纜對電動汽車進行充電，車內(nèi)車載充電機可以與交流電網(wǎng)建立連接，由于車載充電機的主要作用是將交流220V電壓轉(zhuǎn)換為高壓直流電（約440V左右）給動力電池，因此這種充電模式滿足了對車輛充電的基本要求。家用插座中可使用16A的空調(diào)插座。因此充電模式2適用非常廣泛，可設(shè)立在家里及公共充電站等。充電模式3—這是一種主要用在公共交流充電樁的充電模式。與車輛通信協(xié)議跟充電模式2類似，只是兩者相比在充電模式2中，家用電源插頭連接集成式電纜箱，然后與車端充電口連接；而充電模式3中，樁端充電接口直接與車端充電接口連接。在公共交流充電樁多數(shù)采用這種充電模式為電動車充電。充電模式4—這種充電模式主要是應(yīng)用于直流充電樁對電動汽車進行快速充電，由于是380V的直流供電，電壓可以直接通過車輛端的快充口進入車輛，這種充電方式與慢充最大的區(qū)別是電流電壓較高，時間較短，不通過車載充電機而直接到達(dá)髙壓控制盒，在充電樁與整車控制器VCU、動力電池管理系統(tǒng)BMS之間通訊正常后，便可以直接為動力電池充電。但這種充電方式對電池的損害較大，對電池保護散熱方面要求更髙，所以并不是每款車型都可快速充電。3充電方式目前主流充電方式可分為有線充電、無線充電、換電模式三大類，其中有線充電又分為：交流充電和直流充電。3.1 有線充電有線充電又稱為接觸式充電，通過導(dǎo)線將電能導(dǎo)入車內(nèi)給電池包充電。有線充電分為：交流充電和直流充電。3.1.1 交流充電交流充電一般有單相交流和三相交流充電方式，但是充電電流一般都不大，充電時間一般都在6小時以上，因此被稱為慢充。優(yōu)點是充電電流和功率都較低，對電動汽車電池壽命影響和對電網(wǎng)沖擊都較??；缺點是電動汽車充電時間較長，有緊急電能補充需求時難以滿足。（圖5：交流樁充電原理）交流充電采用恒壓、恒流的傳統(tǒng)充電方式對電動車進行充電。家庭充電一般采用單相220V供電，以相當(dāng)?shù)偷某潆婋娏鳛樾铍姵爻潆?，電流大小約為10A，若以80Ah的蓄電池為例，充電時間要持續(xù)8個多小時。充電機功率一般為2kW和3kW，相應(yīng)的充電器的工作和安裝成本相對比較低。由于只需將車載充電器的插頭插到停車場或家中的電源插座上即可進行充電，因此充電過程一般由客戶自己獨立完成。直接從低壓照明電路取電，電功率較小，由220V/16A規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)電源供電。典型的充電時間為8~10（SOC達(dá)到90%以上）。這種充電方式對電網(wǎng)沒有特殊要求，只要能夠滿足照明要求的供電質(zhì)量就能夠使用。由于在家中充電通常是晚上或者是在電低谷期，有利于電能的有效利用，因此電力部門一般會給予電動汽車用戶一些優(yōu)惠，例如電低谷期充電打折。（圖6：壁掛式交流充電樁）三相交流充電一般為小型充電站式，是電動汽車的一種最重要的充電方式，充電機設(shè)置在街邊、超市、辦公樓、停車場等處。采用常規(guī)充電電流充電。電動汽車駕駛員只需將車?？吭诔潆娬局付ǖ奈恢蒙?，接上電線即可開始充電。計費方式是投幣或刷卡，充電功率一般在5~10KW，采用三相四線制380V供電或單相220V供電。其典型的充電時間是：補電1~2h，充滿5~8h。3.1.2 直流充電直流充電一般采用三相交流電輸入，充電電流都很大，因此被稱為快充。優(yōu)點是提高電動汽車充電效率，節(jié)約時間；缺點是對動力電池組產(chǎn)生巨大電流沖擊，會降低動力電池組的循環(huán)壽命，電池組成本相對較高。該充電方式以150~400A的高充電電流在短時間內(nèi)為蓄電池充電，與前者相比安裝成本相對較高?？焖俪潆娨部煞Q為迅速充電或應(yīng)急充電，其目的是在短時間內(nèi)給電動汽車充滿電，充電時間應(yīng)該與燃油車的加油時間接近。（圖7：直流充電樁原理）大型充電站（機）多采用這種充電方式。大型充電站（機）快速充電方式主要針對長距離旅行或需要進行快速補充電能的情況進行充電，充電機功率很大，一般都大于30KW，采用三相四線制380V供電。其典型的充電時間是：10~30min?？焖俪潆娬镜年P(guān)鍵是非車載快速充電組件，它能夠輸出35KW甚至更高的功率。由于功率和電流的額定值都很高，因此這種充電方式對電網(wǎng)有較高的要求，一般應(yīng)靠近10KV變電站附近或在監(jiān)測站和服務(wù)中心中使用。（圖8：雙槍式直流充電樁）3.2 無線充電無線充電又稱作感應(yīng)充電、非接觸式感應(yīng)充電，基于電磁感應(yīng)原理的空間范圍內(nèi)的電能無線傳輸技術(shù)。優(yōu)點是使用方便、安全程度高、減少人工操作、提高與電網(wǎng)連接率有利于未來與電網(wǎng)互動的互聯(lián)要求；缺點是目前成本較高、技術(shù)尚未完全成熟。電動汽車無線充電方式是近幾年國外的研究成果，其原理就像在車?yán)锸褂玫囊苿与娫挕獙㈦娔苻D(zhuǎn)換成一種符合現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的特殊的激光或微波束，在汽車頂上安裝一個專用天線接收即可。有了無線充電技術(shù)，公路上行駛的電動汽車或雙能源汽車可通過安裝在電線桿或其它高層建筑上的發(fā)射器快速補充電能。電費將從汽車上安裝的預(yù)付卡中扣除。3.3 換電模式除了以上幾種充電方式外，還可以采用更換電池組的方式，即在蓄電池電量耗盡時，用充滿電的電池組更換已經(jīng)耗盡的電池組。蓄電池歸服務(wù)站或電池廠商所有，電動汽車用戶只需租用電池。電動汽車用戶把車停在一個特定的區(qū)域，然后用更換電池組的機器將耗盡的蓄電池取下，換上已充滿電的電池組。對于更換下來的未充電蓄電池，可以在服務(wù)站充電，也可以集中收集起來以后再充電。由于電池更換過程包括機械更換和蓄電池充電，因此有時也稱它為機械“加油”或機械充電。電池更換站同時具備正常充電站和快速充電站的優(yōu)點，也就是說可以用低谷電給蓄電池充電，同時又能在很短的時間內(nèi)完成“加油”過程。通過使用機械設(shè)備，整個電池更換過程可以在10min內(nèi)完成，與現(xiàn)有的燃油車加油時間大致相當(dāng)。不過，這種方法還存在不少問題有待解決。首先，這種電池更換系統(tǒng)的初始成本很高，其中包括昂貴的機械裝置和大量的蓄電池。其次，由于存放大量未充電和已充電的蓄電池需要很多空間，因此修建一個蓄電池更換站所需空間遠(yuǎn)大于修建一個正常充電站或快速充電站所需的空間。還有，在蓄電池自動更換系統(tǒng)得到應(yīng)用之前，需要對蓄電池的物理尺寸和電氣參數(shù)制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。4汽車充電站結(jié)構(gòu)當(dāng)電動汽車動力用蓄電池電量不足時，需要充電補充電能。充電站的主要功能就是完成電動汽車電池電能的補給。充電站的功能決定充電站的總體結(jié)構(gòu)。為此，一個完整的充電站需要配電室、中央監(jiān)控室、充電區(qū)、更換電池區(qū)和電池維護間等五個基本組成部分。4.1配電室。配電室為充電站提供所需的電源，不僅給充電機提供電能，而且要滿足照明、控制設(shè)備的用電需求，內(nèi)部建有變配電所有設(shè)備、配電監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)的控制和補償設(shè)備。4.2中央監(jiān)控室。中央監(jiān)控室用于監(jiān)控整個充電站的運行情況，并完成管理情況的報表打印等。內(nèi)部建有充電機監(jiān)控系統(tǒng)主機、煙霧傳感器監(jiān)視系統(tǒng)主機、配電監(jiān)控系統(tǒng)通信接口、視頻監(jiān)視終端等。4.3充電區(qū)。在充電區(qū)完成電能的補給，內(nèi)部建設(shè)充電平臺、充電機以及充電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口，同時應(yīng)配備整車充電機。4.4更換電池區(qū)。更換電池區(qū)是車輛更換電池的場所，需要配備電池更換設(shè)備，同時應(yīng)建設(shè)用于存放備用電池的電池存儲間。4.5電池維護間。電池重新配組、電池組均衡、電池組實際容量測試、電池故障的應(yīng)急處理等工作都在電池維護間進行。其消防等級按化學(xué)危險品處理。充電站結(jié)構(gòu)可同時滿足整車充電方式和電池組更換方式，且考慮了相關(guān)維護操作需求。但是，對于一個實際的充電對象，應(yīng)該基于運行要求和環(huán)境條件，根據(jù)實際的功能進行組合，以降低建設(shè)成本。5電動汽車充電系統(tǒng)的要求盡管電動汽車設(shè)施的建設(shè)受到各方面的影響，其建設(shè)方式和建設(shè)要求需根據(jù)實際情況而確定，但隨著電動汽車的逐步推廣和產(chǎn)業(yè)化以及電動汽車技術(shù)的日益發(fā)展，電動汽車對充電樁的技術(shù)要求表現(xiàn)出了一致的趨勢，要求充電樁盡可能向以下目標(biāo)靠近。5.1高安全性影響電動汽車安全性的主要因素首先是蓄電池的充電過程，蓄電池技術(shù)狀態(tài)的不一致性是各類蓄電池所共有的基本特性之一，主要表現(xiàn)在蓄電池的容量誤差、內(nèi)阻誤差和電壓誤差。少數(shù)蓄電池的一致性誤差并不明顯，但是由數(shù)十個甚至數(shù)百個蓄電池單體所組成的電動汽車蓄電池組，其容量誤差、內(nèi)阻誤差和電壓誤差等因素就會凸顯出來。電動汽車充電的過程不可能對蓄電池單體依次充電，而是對整個蓄電池組進行充電。在充電的過程中，由于內(nèi)阻誤差的存在，導(dǎo)致在整個蓄電池組中的蓄電池單體兩端的電壓形成誤差，內(nèi)阻誤差越大，形成的電壓誤差越明顯。雖然整個蓄電池組兩端的充電電壓不會超過額定的電壓，但是個別的單體蓄電池兩端的電壓，有可能超過其額定電壓，從而容易導(dǎo)致蓄電池組充電不均衡，單體蓄電池充電量不一的狀況。如果蓄電池的電壓誤差過大，就有可能超過蓄電池充電的安全能力，引起蓄電池過熱，導(dǎo)致事故。因而，用于電動汽車的充電裝置，必須具備防止蓄電池系統(tǒng)單體電壓和溫度超過允許值的技術(shù)措施，以提高電動汽車充電過程的安全性。5.2充電快速化相比發(fā)展前景良好的鎳氫和鋰離子蓄電池而言，傳統(tǒng)鉛酸蓄電池具有技術(shù)成熟、成本低、容量大、跟隨負(fù)荷輸出特性好等優(yōu)點，但同樣存在著比能量低、一次充電續(xù)駛里程短的問題。因此，在目前動力蓄電池不能直接提供更多續(xù)駛里程的情況下，如果能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池充電快速化，從某種意義上也就解決了電動汽車?yán)m(xù)駛里程短這個致命弱點。5.3充電通用化在很長一段時間內(nèi)，電動汽車用的蓄電池仍將是多種類型蓄電池共存的局面，各類電動汽車的蓄電池容量配備不同，而且電壓也會參差不齊，種類繁多。在多種類型蓄電池、多種電壓等級共存的市場背景下，用于公共場所的充電裝置必須具有適應(yīng)多種類型蓄電池系統(tǒng)和適應(yīng)各種電壓等級的能力，即充電系統(tǒng)需要具有充電廣泛性和多種類型蓄電池的充電控制算法，可與各類電動汽車上的不同蓄電池系統(tǒng)實現(xiàn)充電特性匹配，能夠針對不同的蓄電池進行充電。目前電動汽車充電裝置與蓄電池的充電控制算法主要由兩個系統(tǒng)的對接協(xié)議來完成，為了給不同的電動汽車充電，用于電動汽車的充電裝置，必須能夠適應(yīng)電動汽車的多種需求。因此，在電動汽車商業(yè)化的早期，就應(yīng)該制定相關(guān)政策措施，規(guī)范公共場所用充電裝置與電動汽車的充電接口、充電規(guī)范和接口協(xié)議等。5.4充電智能化制約電動汽車發(fā)展及普及的最關(guān)鍵問題之一是儲能蓄電池的性能和應(yīng)用水平，優(yōu)化蓄電池智能化充電方法的目標(biāo)是要實現(xiàn)蓄電池?zé)o損充電，監(jiān)控蓄電池的放電狀態(tài)，避免過放電現(xiàn)象，從而達(dá)到延長蓄電池的使用壽命和節(jié)能的目的。充電智能化的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下方面。①優(yōu)化的、智能充電技術(shù)和充電樁。②蓄電池電量的計算、指導(dǎo)和智能化管理。③蓄電池故障的自動診斷和維護技術(shù)等。5.5電能轉(zhuǎn)換高效化電動汽車的能耗指標(biāo)至關(guān)重要，衡量商業(yè)化運行的電動汽車的能耗指標(biāo)，不僅是考察電動汽車驅(qū)動等系統(tǒng)的能耗指標(biāo)，更關(guān)注電動汽車從電網(wǎng)獲取電能的利用率。電動汽車的能耗指標(biāo)與其運行能源費用緊密相關(guān)，降低電動汽車的運行能耗是推動電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。因此，提高充電裝置的電能轉(zhuǎn)換效率，采用高效充電裝置，對于降低電動汽車的能耗具有重要意義。提高充電裝置能耗效率的主要技術(shù)措施是選擇高效變流電路拓?fù)?，提高充電裝置的效率因數(shù)，盡可能降低輸出電流的交流分量并采用高效的充電控制算法。對于充電樁從電能轉(zhuǎn)換效率和建造成本上考慮，應(yīng)優(yōu)先選擇具有電能轉(zhuǎn)換效率高、建造成本低等諸多優(yōu)點的充電裝置。5.6充電集成化本著子系統(tǒng)小型化和多功能化的要求，以及蓄電池可靠性和穩(wěn)定性要求的提高，充電系統(tǒng)將和電動汽車能量管理系統(tǒng)集成為一個整體，集成傳輸晶體管、電流檢測和反向放電保護等功能，無需外部組件即可實現(xiàn)體積更小、集成化更高的充電解決方案，從而為電動汽車其余部件節(jié)約出布置空間，大大降低系統(tǒng)成本，并可優(yōu)化充電效果，延長蓄電池壽命。5.7對蓄電池壽命影響小電動汽車的蓄電池占電動汽車成本的主要部分，多數(shù)電動汽車的蓄電池占整車成本的一半以上，有的甚至超過整車成本的65%。因此，蓄電池的使用壽命極大地影響電動汽車的運行成本，這也是制約電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。如果電動汽車蓄電池性能早衰，電動汽車的續(xù)駛里程就會大大縮短，影響正常使用。如果蓄電池壽命提前終止，對于電動汽車來說就需要更換蓄電池。一旦更換蓄電池，對于電動汽車運營來說就會造成極大的負(fù)擔(dān)。蓄電池壽命除了與蓄電池制造技術(shù)、制造工藝和蓄電池成組的一致性等因素有較大關(guān)系外，還與充電裝置的性能直接相關(guān)。選用對蓄電池沒有傷害的充電控制策略和性能穩(wěn)定的充電裝置，是保障蓄電池使用壽命達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，防止蓄電池過早損壞的合理途徑，也是降低運營成本的重要技術(shù)措施之一。5.8操作簡單化電動汽車充電系統(tǒng)必須簡單方便，可使所有用戶都能獨立操作完成。由于電動汽車應(yīng)用對象是廣大群眾，雖然有技術(shù)要求和技術(shù)指導(dǎo)文件，但不能保證每個用戶的學(xué)習(xí)和領(lǐng)會能力都在同一水平，也不可能因此而增加更多的人員來對電動汽車進行充電服務(wù)。如果充電系統(tǒng)操作煩瑣而又復(fù)雜，勢必會需求更多的高素質(zhì)技術(shù)人員，增加管理成本。尤其對于公共充電系統(tǒng)，充電系統(tǒng)必須具有智能化的操作特性，降低對操作人員的要求。6電動汽車充電系統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)6.1整體架構(gòu)充電站監(jiān)控管理系統(tǒng)是充電站本地控制中樞，負(fù)責(zé)監(jiān)控整個充電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，保證充電系統(tǒng)處于最優(yōu)的工作狀態(tài)。既可以充當(dāng)站內(nèi)充電站調(diào)度的任務(wù)角色，也可以是聯(lián)結(jié)站內(nèi)調(diào)度和充電系統(tǒng)的橋梁，同時也可以監(jiān)控站內(nèi)各類輔助設(shè)施，如配電保護、防雷、熱管理系統(tǒng)、三防系統(tǒng)（防塵、防潮、防腐）、消防、監(jiān)控計量裝置等。圖9：充電站監(jiān)控管理系統(tǒng)整體架構(gòu)圖（站級）6.1.1硬件架構(gòu)圖:10：充電站監(jiān)控管理系統(tǒng)（站級）硬件架構(gòu)圖充電站監(jiān)控管理系統(tǒng)由應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)控管理工作站、充電卡管理工作站、讀卡器等硬件設(shè)備組成。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：主要部署監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)庫管理軟件，用于各充電樁（機）運行數(shù)據(jù)的采集及處理等，實現(xiàn)充電樁（機）運行情況的管控功能。通訊服務(wù)器：主要部署通訊管理軟件，負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)下行命令的發(fā)布及充電樁（機）上行數(shù)據(jù)的接收。監(jiān)控管理工作站：部署客戶端相關(guān)程序，主要用于對各充電樁（機）運行情況的監(jiān)管操作，系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，可擴容多臺工作站。充電卡管理工作站：主要部署充值業(yè)務(wù)管理軟件，通過與讀卡器連接，讀取充電卡信息，實現(xiàn)充值業(yè)務(wù)管理功能。6.1.2軟件架構(gòu)（1）硬件層系統(tǒng)軟件可在主流PC服務(wù)器上運行，包括華為、戴爾、浪潮、曙光、聯(lián)想、HP、IBM等。（2）操作系統(tǒng)層該系統(tǒng)軟件支持WindowsServer2008、Windows7等操作系統(tǒng)。（3）平臺層平臺層主要給應(yīng)用功能提供基礎(chǔ)應(yīng)用服務(wù)及數(shù)據(jù)管理服務(wù)，包括通信服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)、報文監(jiān)視等基礎(chǔ)應(yīng)用服務(wù)，實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫及關(guān)系數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)管理服務(wù)。（4）應(yīng)用層系統(tǒng)應(yīng)用采用模塊化設(shè)計，任一功能應(yīng)用停止或故障，不影響其它功能應(yīng)用的正常運行。圖11：充電站監(jiān)控管理系統(tǒng)（站級）軟件架構(gòu)圖6.2技術(shù)參數(shù)序號技術(shù)參數(shù)單位數(shù)值備注1模擬量測量綜合誤差%≤1.52遙測信息響應(yīng)時間s≤33遙信變化響應(yīng)時間s≤24控制命令從生成到輸出時間s≤25畫面實時數(shù)據(jù)更新周期（模擬量）s≤36畫面實時數(shù)據(jù)更新周期（開關(guān)量）s≤27遙控動作成功率%≥99.998遙測合格率%≥989事故時遙信年正確動作率%≥9910系統(tǒng)可用率%≥99.911系統(tǒng)平均故障間隔時間（MTBF）h2000012充電機控制器平均故障間隔時間h3000013工作站平均負(fù)荷率正常時（任意30min內(nèi)）%≤30事故時（10s）內(nèi)%≤5014歷史曲線日報、月報儲存時間年≥215熱備用計算機的切換時間s≤1016雙擊故障切換時間（人工）s≤517全系統(tǒng)最長恢復(fù)時間min≤518GPS對時精度ms≤16.3系統(tǒng)特色C/S、B/S混合架構(gòu)，平臺采用經(jīng)典三層結(jié)構(gòu)；多種通信方式、成熟電力系統(tǒng)規(guī)約支持；實時海量數(shù)據(jù)處理（20萬/秒）；自主研發(fā)實時歷史數(shù)據(jù)庫TRHD；組態(tài)元素豐富、界面友好、簡單易用；模塊化搭建、組網(wǎng)靈活、擴展性強、具有良好的兼容性；業(yè)內(nèi)獨有的電池ID生命周期管理；具備高可靠性的信息統(tǒng)計、匯總和查詢功能；保證信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全、完整與準(zhǔn)確。6.4主要功能6.4.1數(shù)據(jù)采集與處理（1）充電設(shè)備信息采集與處理系統(tǒng)可實時采集充電設(shè)備的工作狀態(tài)、故障信號等遙信信息，以及電壓、電流、電量、時間、充電交易信息等遙測信息。（2）車載電池信息采集與處理系統(tǒng)可實時采集充電車輛的電池狀態(tài)信息、告警信息等遙信信息，以及端電壓、SOC、單體電壓、采樣點溫度等遙測信息。（3）換電站電池信息采集與處理系統(tǒng)可實時采集換電站內(nèi)電池箱狀態(tài)信息、告警信息、編號信息、充電就位狀態(tài)信息等遙信信息，以及端電壓、單體電壓、采樣點溫度等遙測信息。（4）充電站其它信息采集與處理煙霧報警信息采集與處理；視頻監(jiān)視信息采集與處理。6.4.2運行狀態(tài)監(jiān)視圖12：運行狀態(tài)監(jiān)視界面通過運行狀態(tài)監(jiān)視界面，可實時監(jiān)控充電站各充電設(shè)備充電狀態(tài)，包括電池當(dāng)前電量百分比、剩余充電時間、充電電流以及已充電量等信息。并用高亮、不同顏色顯示充電樁的運行狀態(tài)，灰色表示空閑、紅色表示故障、綠色表示充電中、黃色表示連接中、橙色表示停止。系統(tǒng)界面配置靈活，響應(yīng)及時，實時動態(tài)更新各充電設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具備二級界面功能，點擊上圖任一充電設(shè)備，全屏將全面顯示該充電設(shè)備相關(guān)狀態(tài)信息。6.4.3數(shù)據(jù)監(jiān)視及管理對通道、設(shè)備、遙信、遙測、電度進行管理，可直觀查看各類數(shù)據(jù)的通信狀態(tài)，具備系統(tǒng)管理權(quán)限的管理員可進行編輯，其他人員只能瀏覽實時數(shù)據(jù)。圖13：充電樁信息查看界面數(shù)據(jù)通道狀態(tài)監(jiān)視及管理（1）數(shù)據(jù)通道狀態(tài)監(jiān)視通道狀態(tài)分2種”代表通道處于工作狀態(tài)”代表通道處于休整狀態(tài)。并可查看該通道下的測點數(shù)量信息，統(tǒng)計整個通道的遙測、遙信、電度、遙述的總測點數(shù)量。（2）數(shù)據(jù)通道管理可對數(shù)據(jù)通道進行添加、刪除、修改等操作，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通道快速查詢功能，便于用戶在大量的通道中快速查找到需要的通道，采用模糊檢索方式，可輸入數(shù)字、拼音（漢字的首字母）或漢字快速查找到需要的通道。充電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及管理（1）充電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視充電設(shè)備狀態(tài)分2種”代表通道處于工作狀態(tài)”代表通道處于休整狀態(tài)。并可查看該充電設(shè)備下的測點數(shù)量信息，統(tǒng)計遙測、遙信、電度、遙述的總測點數(shù)量。（2）充電設(shè)備管理可對充電設(shè)備進行添加、刪除、修改等操作，編輯的內(nèi)容包括設(shè)備名稱、所關(guān)聯(lián)的組態(tài)畫面名稱、所關(guān)聯(lián)的組態(tài)畫面名稱、設(shè)備地址、設(shè)備IP地址、設(shè)備端口號等等信息。遙信狀態(tài)監(jiān)視及管理（1）充電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視遙信狀態(tài)查看可查看通道下的全部遙信測點狀態(tài)信息，也可以查看某個設(shè)備的遙信測點狀態(tài)信息。遙信狀態(tài)分2種”代表處于在線狀態(tài)”代表通道處于離線狀態(tài)。（2）遙信數(shù)據(jù)管理該功能主要是對遙信數(shù)據(jù)進行插入、刪除等操作，可在任意位置插入一個或多個遙信點數(shù)據(jù)，也可任意刪除1個或多個遙信點數(shù)據(jù)。系統(tǒng)會根據(jù)實際操作情況，對遙信點數(shù)據(jù)自動排序。遙測信息監(jiān)視及管理（1）遙測信息監(jiān)視可查看充電設(shè)備輸出電壓、輸出電流、累計充電時間、輸出功率、充電累計容量、充電累計電度等信息，包括對應(yīng)遙測信息的當(dāng)前值、最大值及最小值等，并可支持相關(guān)事件、歷史曲線、即時走勢、歷史報表等查看及excel導(dǎo)出等操作。（2）遙測信息管理該功能主要是對遙測數(shù)據(jù)進行插入、刪除等操作，可在任意位置插入一個或多個遙測點數(shù)據(jù)，也可任意刪除1個或多個遙測點數(shù)據(jù)。系統(tǒng)會根據(jù)實際操作情況，對遙測點數(shù)據(jù)自動排序。電度信息監(jiān)視及管理電度信息監(jiān)視可查看充電設(shè)備的電度信息，包括設(shè)備名稱、電度序號、電度名稱、電能示值（從電能表采集上來的累計值）、最后更新時間等信息，并可支持相關(guān)事件、歷史曲線、即時走勢、歷史報表等查看及excel導(dǎo)出等操作。6.4.4控制與調(diào)節(jié)功能（1）遠(yuǎn)程控制借助監(jiān)控管理系統(tǒng)，用戶可實現(xiàn)充電設(shè)備的遠(yuǎn)程啟動、停機等動作。方案一：每個充電樁通過RJ45或者光纖分別接入以太網(wǎng)，連接充電站管理中心，再接入互聯(lián)網(wǎng)管理中心和數(shù)據(jù)庫。圖14：充電樁聯(lián)網(wǎng)示意圖優(yōu)點：有線以太網(wǎng)主要優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大；缺點：布線復(fù)雜、擴展性差、施工成本高、靈活性差。方案二：充電站內(nèi)部通過工業(yè)串行總線（RS485/RS232/CAN）接入集中器，再由集中器通過RJ45或者光纖接入以太網(wǎng)或移動數(shù)據(jù)接入服務(wù)連接服務(wù)管理平臺和數(shù)據(jù)庫。圖15：充電樁聯(lián)網(wǎng)示意圖優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳輸可靠，設(shè)計簡單；缺點：布網(wǎng)復(fù)雜、擴展性差、施工成本高、靈活性差、通信容量低。方案三：無線方式無線方式主要采用移動運營商的移動數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)，如：GRPS、EVDO、CDMA等。圖16：充電樁聯(lián)網(wǎng)示意圖優(yōu)點：無需復(fù)雜的布線、靈活性強、施工成本低；缺點：采用移動運營商的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要將電動汽車充電樁這一電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備接入移動運營商的移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，需要支付昂貴的月租和年費，隨著充電樁數(shù)量的增加費用將越來越大；同時數(shù)據(jù)的安全性和網(wǎng)絡(luò)的可靠性都受到移動運營商的限制，不利于設(shè)備的安全運行；其次，移動運營商的移動接入帶寬屬共享帶寬，當(dāng)局部區(qū)域有大量設(shè)備接入時，其接入的可靠性和每個用戶的平均帶寬會惡化，不利于充電樁群的密集接入、大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸。（2）遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)借助監(jiān)控管理系統(tǒng)，用戶可實現(xiàn)校時信息的下發(fā)，以及充電參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置、電價信息的遠(yuǎn)程設(shè)置等動作。（3）短信報警管理針對遙信、遙測、遙控這三種測點發(fā)生異常報警時，通過手機短信發(fā)送到管理人員的手機中，便于管理人員及時掌握現(xiàn)場的情況。用戶選擇任意的測點種類，不同的測點對應(yīng)不同的報警條件，在等級一列中，用戶可根據(jù)該測點的重要性來選擇，其中包括提示、警告、嚴(yán)重和緊急這四種等級。6.4.5事件管理功能對報警、操作、系統(tǒng)事件進行管理，支持各種事件的查詢、打印、導(dǎo)出等操作，便于對各類事件進行查找、總結(jié)分析。6.4.6報表瀏覽瀏覽報表提供的查詢功能主要包含：停止呈現(xiàn)、刷新、打印、打印布局、頁面設(shè)置、導(dǎo)出報表、縮放、查找、查詢?nèi)掌?、換頁。移動鼠標(biāo)至頂部菜單。6.4.7統(tǒng)計管理功能統(tǒng)計管理功能主要是對遙測、遙信數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計：可以對遙測點進行某個時間段內(nèi)的最大、最小、平均值、合格率、越限次數(shù)等類型的統(tǒng)計；對遙信點主要是從合到分次數(shù)、從分到合次數(shù)、合位時間、分位時間的統(tǒng)計。6.4.8電池管理功能系統(tǒng)可對電池組和電池箱的智能化管理，實現(xiàn)對電池組、電池箱的相關(guān)參數(shù)進行查找、修改、新增、刪除，此外還包括電池曲線、電池報表的讀取等。6.4.9充電卡管理功能（1）管理設(shè)置主要是對發(fā)卡器、站點進行相關(guān)配置，包含登錄、注銷、連接發(fā)卡器、站點編輯、費率設(shè)置等操作。（2）發(fā)卡管理發(fā)卡管理功能可實現(xiàn)對充電卡相關(guān)信息進行設(shè)置，包括發(fā)卡、讀卡、解鎖、修改信息、修改密碼、掛失、黑名單、查詢、統(tǒng)計及注銷卡等操作。圖17：發(fā)卡管理界面（3）充值管理具備充電卡充值管理功能，包括充值、查詢及統(tǒng)計。（4）扣費管理具備充電卡扣費管理功能，包括扣費、查詢及統(tǒng)計。（5）消費記錄對充電卡使用情況進行詳細(xì)記錄，包括充電樁編號、充電卡號、充電開始時間、充電結(jié)束時間、充電消費金額等內(nèi)容。6.4.10收費收費標(biāo)準(zhǔn)按照國家發(fā)改委文件《關(guān)于電動汽車用電價格政策有關(guān)事項的通知》(發(fā)改價格〔2014〕1668號)規(guī)定，充電設(shè)施經(jīng)營企業(yè)可向電動汽車用戶收取電費及充電服務(wù)費兩項費用。其中，電費執(zhí)行國家規(guī)定的電價政策，充電服務(wù)費用于彌補充電設(shè)施運營成本。充電服務(wù)費標(biāo)準(zhǔn)上限由省級人民政府價格主管部門或其授權(quán)的單位制定。目前國內(nèi)公共充電樁都是由不同單位在運營管理和收費的，充電費一般是由基本電費和服務(wù)費組成的，基本電費約1元左右，服務(wù)費根據(jù)各地物價局批準(zhǔn)范圍不同，大部分服務(wù)費都是限制在1元以內(nèi)，較多是每度電收取服務(wù)費0.8元，也就是總價約為1.8元-2.0元之間。對向電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)直接報裝接電的經(jīng)營性集中式充換電設(shè)施用電，執(zhí)行大工業(yè)用電價格。不過2020年前，暫免收基本電費。此后晚上每度電收費0.457元，白天0.9元左右。（2）居民家庭住宅、居民住宅小區(qū)、執(zhí)行居民電價的非居民用戶中設(shè)置的充電設(shè)施用電，執(zhí)行居民合表用戶電價。每度電收費0.558元，沒有階梯電價，暫不分峰谷電。（3）黨政機關(guān)、企事業(yè)單位和社會公共停車場中設(shè)置的充電設(shè)施用電執(zhí)行“一般工商業(yè)及其他”類用電價格?；旧厦慷入娛召M0.6元不到，實行峰谷電價。充電服務(wù)費按充電電量收取，每千瓦時收費上限標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)日本市92號汽油每升最高零售價的15%。各經(jīng)營單位可按照不超過上限標(biāo)準(zhǔn)，制定具體收費標(biāo)準(zhǔn)。各充電設(shè)施經(jīng)營單位應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行明碼標(biāo)價規(guī)定，在經(jīng)營場所的醒目位置標(biāo)明相關(guān)的服務(wù)項目、服務(wù)內(nèi)容、收費標(biāo)準(zhǔn)等事項。對擅自提高收費標(biāo)準(zhǔn)等價格違法行為，各級價格執(zhí)法機構(gòu)將依法予以查處。微信等自助收費微信充電樁是指充電樁采用微信支付作為收款方式，收款成功后充電樁自動啟動充電程序，為顧客提供充電服務(wù)。

充電樁要實現(xiàn)用微信支付作為收款方式。

首先，通過一個二維碼作為支付入口，讓顧客通過手機掃碼進入支付平臺，在平臺選擇充電時間并支付，平臺確認(rèn)商家收款后，通過通訊服務(wù)器下發(fā)指令給充電樁。

充電樁是連接網(wǎng)絡(luò)的。充電樁連接網(wǎng)絡(luò)可分為有線連接和無線連接。有線連接因其受場地限制和連接麻煩等原因，基本上不被使用?，F(xiàn)階段，充電樁是通過無線通訊模塊來連接網(wǎng)絡(luò)的。無線通訊模塊又和充電樁投幣端口相連。起到承上啟下的作用。

充電樁的無線通訊模塊接收到指令后，通知主板，主板控制完成充電。圖:18：充電樁微信支付原理6.4.10充電記錄功能該系統(tǒng)將所有充電信息保存在歷史庫中供用戶統(tǒng)計查詢。6.4.11WEB發(fā)布功能通過瀏覽器瀏覽WEB服務(wù)網(wǎng)址，實現(xiàn)組態(tài)管理、系統(tǒng)管理、通道管理、事件管理、統(tǒng)計管理、曲線管理和報表管理中的數(shù)據(jù)信息進行查看和分析，能及時掌握充電設(shè)備的實時運行狀態(tài)。網(wǎng)上發(fā)布，支持實時運行狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析結(jié)果、故障分析結(jié)果等信息發(fā)布功能；報表瀏覽，能夠在WEB服務(wù)器提供各種報表，供相關(guān)人員進行瀏覽；權(quán)限限制，在WEB服務(wù)器進行嚴(yán)格的權(quán)限限制，限制瀏覽范圍，從而保證數(shù)據(jù)的安全性。7電動車充電系統(tǒng)建設(shè)7.2交直流充電樁主要參數(shù)對比序號參數(shù)名稱交流樁直流樁1交流輸入電壓220V±15%AC380V±15%2交流輸入頻率45~55Hz45~55Hz3額定電壓單相220VDC200～500V4額定電流32A100A/300A5額定功率7kW60kW/120kW6防護等級IP54IP547充電樁尺寸240mm（W）×240mm（D）×120mm（H）740mm（W）×540mm（D）×1750mm（H）8冷卻方式自然冷卻智能風(fēng)冷9輸入電纜選型YJV-3*6YJV22-4*35+1*161